Численное моделирование эволюции энергетических характеристик процесса тепловой обработки композитного бетонного изделия

Abstract

Описана математическая модель, позволяющая выполнять расчет энергетических характеристик процесса гидратации цемента при тепловой обработке бетонных изделий в теплотехнологических установках ускоренной гидратации. Выполнены расчеты энергетических характеристик процесса гидратации для многослойной композитной структуры «бетон - пенополистирол - бетон» при заданном режиме внешнего подвода теплоты к обрабатываемому изделию. На основе нестационарного трехмерного уравнения теплопроводности с учетом начальных и граничных условий процесса предложен метод численного расчета затрат теплоты в зависимости от времени тепловой обработки при изготовлении изделий, включающих теплоизоляционный слой из пенополистирола. Установлено, что включение в состав бетонной конструкции пенополистирола вносит существенное изменение в распределение энергетических затрат во времени. Показано, что с помощью моделей с пространственно распределенными параметрами можно выполнять расчеты энергетических характеристик, определяющих затраты тепловой энергии на изготовление многослойных бетонных изделий различной композиционной структуры, что актуально при проектировании режимов тепловой обработки, в частности, при постановке в производство новых конструкций бетонных изделий со сложной геометрией.=Described is a mathematical model that allows to calculate energy characteristics of the cement hydration process in the heat treatment of concrete products in thermal technical installations of accelerated hydration. Calculations of the hydration process energy characteristics for a multilayer composite "concrete- foam polystyrene-concrete" structure at a given mode of external heat supply to the treated product have been performed. On the basis of anon-stationary three-dimensional heat equation, taking into account the initial and boundary conditions of the process, a method of numerical calculation of heat costs depending on the time of heat treatment during the manufacturing of products with a foam polystyrene thermal insulation layer is proposed. It is established that the inclusion of foam polystyrene in the concrete structure makes a significant change in the distribution of energy expenses over time. It is shown that with the help of models with spatially distributed parameters, it is possible to perform calculations of energy characteristics that determine the expenditure of thermal energy for the manufacturing of multilayer concrete products of different composite structures, which is important in the design of heat treatment regimes, in particular, in the production of new designs of concrete products with complex geometry.